볼트 접합된 프리캐스트 바닥판과 강거더의 합성거동에 대한 연구

Abstract

현재 세계적으로 프리캐스트 바닥판의 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 프리캐스트 바닥판 공법의 적용을 위한 세그먼트 부재의 경량화와 부재의 성능 향상, 세그먼트 간의 접합부 연결의 문제점 등으로 인하여, 프리캐스트 바닥판 공법의 거더 및 상판 구조물 등의 적용에 있어서 실용화의 단계에 이르지 못했다. 그리고 현재 개발된 프리캐스트 바닥판 공법은 바닥판과 거더의 접합부에 몰타르를 타설하는 방법으로 몰타르층이 하중작용방향으로 아무런 구속을 받고 있지 않은 상태이고, 전단력이 강거더 바로 위의 전단연결재 용접부에 하중이 집중되기 때문에 작은 하중에서도 베딩층이 쉽게 균열이 발생하게 되는 문제점과 몰타르 타설과 강거더에 스터드를 용접하기 때문에 공기가 늘어나는 문제점이 있다. 본 논문에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 프리캐스트 바닥판과 강거더를 볼트 접합을 시키는 완전 건식 프리캐스트 바닥판 공법을 제시하였다. 특히 기존에 연구되었던 프리캐스트 바닥판과는 달리 이 연구에서는 바닥판과 거더를 볼트로 조립, 합성하는 방식으로 공기를 더욱 단축할 수 있으며 바닥판의 손상 등 보수나 교체가 타 공법에 비하여 간편하게 이루어질 수 있다. 뿐만 아니라 바닥판의 제원이 그리 크지 않아 운반이나 시공에 어려움이 없을 거라 예상된다. 본 논문에서는 프리캐스트 바닥판과 볼트 접합된 강거더의 설계 개념을 제시하고 이 개념에 의한 20개의 프리캐스트 바닥판과 20m 실대형 시험체를 설계, 제작하여 실험 결과를 이론값, 유한요소 해석값과 비교·분석하였다. 본 실험에서는 프리캐스트 바닥판과 합성된 강거더 실험을 진행하기 전 준비 단계로 볼트의 체결력과 마찰 접합력 실험을 수행하였다. 그 후 제작된 프리캐스트 바닥판 자체의 균열하중, 항복하중 및 철근의 변형률 등을 측정하였다. 프리캐스트 바닥판 합성 강거더 시험체는 20m 강거더 2개와 가로보, 보강보를 조립하여 제작하였으며, 바닥판 합성 전·후, 보강보 제원, 프리스트레스력 유무의 변수를 갖는 시험체에 하중 재하 실험을 실시하여 처짐, 변형률 관계등을 계측하였다. 실험 결과 시방서 규정을 상회하는 볼트 체결 방법을 알았고 볼트연결에 의한 마찰 접합력이 이론값 보다 큰 값을 갖는 것을 확인하였다. 프리캐스트 바닥판의 내하력 실험을 통하여 내하력이 40tonf 에 달하여 설계 내하력 보다 큰 값을 보이는 것을 확인하였다. 프리캐스트 바닥판이 합성된 강거더 실험에서 측정된 처짐 값은 이론값과 유한요소 해석값에 각각 평균 60%와 30%의 오차를 보였으며 변형률 값도 오차는 줄어들었지만 이와 유사한 경향을 보였다. 바닥판 합성 전ㆍ후 실험에서 합성 후 시험체가 처짐과 변형률 값이 합성 전 시험체 보다 약 20% 줄어든 것으로 관측되어 볼트 접합된 바닥판과 거더의 합성 효과를 확인하였으나, 이론값이나 유한요소 해석값과 차이를 보여 합성구간의 검토가 필요한 것으로 판단된다. 그리고 이론 보다 작은 재하 하중에서 프리캐스트 바닥판 볼트 접합부에 발생하는 균열과 거더와의 이격, 콘크리트 탈락 등의 문제점이 나타났는데 이것은 제작오차와 접합부의 응력 집중현상에 의한 것으로 판단되며 향후 이를 보완할 연구가 필요한 것으로 판단된다.